本申请公开了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。该系统可以包括：U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；地热系统，其入口通过热泵与U型地热井的采出端连接，其出口与U型地热井的注入端连接，实现热介质的循环；U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热热介质；从U型地热井的注入端注入热介质，水平段与砂岩层通过套管方式实现中深层地热能的采集，从U型地热井采出热介质进入地热系统，为末端用户供暖。本发明专利技术通过产出井煤气传输过程中的热能，提高地下气化热能的利用率，解决煤气化后生产出来的煤化气中CO2排放问题，实现经济有效开发。实现经济有效开发。实现经济有效开发。
【技术实现步骤摘要】
基于地下煤气化的循环地热供暖系统
[0001]本专利技术涉及煤炭资源综合利用领域，更具体地，涉及一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。
技术介绍
[0002]煤气化是煤炭高效洁净利用的核心技术之一，其产物合成气(CO与H2)是诸多煤化工过程的起点，大力发展煤气化技术可以有效降低煤化工过程的成本。受传统煤气化工艺的启发，也出现了将煤的开采与气化工艺结合起来进行的设想：煤地下气化(underground coal gasification,UCG)。煤地下气化工艺将地底的煤层当作一个封闭的气化炉，对煤层进行有控制的燃烧气化。与传统煤气化工艺相似，气化剂一般为O2(空气)与H2O，通过注入井注入至地下通道(或洞穴)，与煤层就地反应。煤地下气化工艺节省了煤炭开采与运输的成本，另一方面也降低了采矿工人的安全，为煤炭的开发和加工利用提供了潜在的发展方向。
[0003]煤炭储层煤气化主要采用的燃烧气化的方式，导致煤层温度上升到500
‑
1600℃。煤气化后储层形成潜在的地热资源。但是，这部分地热资源留在地下白白浪费，目前无任何资料报告如何利用。
[0004]因此，有必要开发一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统。
[0005]公开于本专利技术
技术介绍
部分的信息仅仅旨在加深对本专利技术的一般
技术介绍
的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
[0006]本专利技术提出了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，利用产出井煤气传输过程中的热能，提高地下气化热能的利用率。解决煤气化后生产出来的煤化气中CO2排放问题，实现经济有效开发。
[0007]本公开实施例提供了一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，包括：
[0008]U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；
[0009]地热系统，其入口通过热泵与所述U型地热井的采出端连接，其出口与所述U型地热井的注入端连接，实现所述热介质的循环；
[0010]U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热所述热介质；
[0011]从所述U型地热井的注入端注入热介质，水平段与砂岩层通过套管方式实现中深层地热能的采集，从所述U型地热井采出所述热介质进入所述地热系统，为末端用户供暖。
[0012]优选地，所述热介质为水或CO2。
[0013]优选地，建立基于温度变化的渗流方程，计算温度变化区间，进而确定U型地热井的水平井段的位置。
[0014]优选地，建立考虑温度变化的渗流方程，通过数值模拟计算所述U型煤气化通道范
围内轴向和砂岩层径向温度的变化范围。
[0015]优选地，温度场方程为：
[0016][0017]其中，为热传导项，为化学反应热源项，为热对流项。
[0018]优选地，渗流场方程为：
[0019][0020]其中，为孔隙度，ρ为密度，T为温度，λ为传导率，c
s
为比热容，μ为粘度，k为渗透率。
[0021]优选地，如果所述U型地热井为PE管，则将水平井段铺设在砂岩温度低于80℃的位置，如果所述U型地热井为脂环族环氧玻璃钢或聚酰亚胺玻璃钢，则将水平井段铺设在砂岩温度低于200℃的位置。
[0022]优选地，所述采出端竖井段套管下入深度以上的表层套管和技术套管环空井段采用隔热性能材料封固，降低热交换效率，防止热量向低温地层散失。
[0023]优选地，所述注入端竖井段表层套管、技术套管环空全井段采用导热材料封固，增加热交换律；
[0024]所述采出端竖井段套管下入深度以下的技术套管环空采用导热材料封固，以增加热交换效率；
[0025]水平井段技术套管环空采用导热材料封固，以增加热交换效率。
[0026]其有益效果在于：
[0027](1)煤地下气化工艺省却了煤炭开采与运输的成本，另一方面也间接保证了煤矿工人的安全，为煤炭的开发和加工利用提供了潜在的发展方向；
[0028](2)煤地下气化是自热式的，气化剂中部分O2与煤层发生燃烧反应，为煤焦与CO2、H2O的还原反应提供热量；利用煤化气热量，结合地面设施形成地热系统，提高地下气化热能的利用率；钻井深度大，利用煤气化燃烧热量、热值高，同时热量不容易散失，相比于地源热泵技术采热量高；
[0029](3)地下煤气化产生的CO2废气，通过地热循环利用，能起到温室气体减排的作用。
[0030]本专利技术的装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本专利技术的特定原理。
附图说明
[0031]通过结合附图对本专利技术示例性实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本专利技术示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0032]图1示出了根据本专利技术的一个实施例的基于地下煤气化的循环地热供暖系统的示意图。
[0033]图2示出了根据本专利技术的一个实施例的鄂尔多斯盆地A区块煤炭地下气化综合利用阶段的煤层气/煤层一体化开发井网的示意图。
[0034]图3示出了根据本专利技术的一个实施例的鄂尔多斯盆地A区块煤炭地下气化综合利用阶段的煤层气/煤层及地热一体化开发井网的示意图。
[0035]图4示出了根据本专利技术的一个实施例的煤炭气化机理模型的示意图。
[0036]图5示出了根据本专利技术的一个实施例的煤炭气化机理模型的剖面图。
[0037]图6示出了根据本专利技术的一个实施例的煤炭气化温度场的剖面图。
[0038]图7示出了根据本专利技术的一个实施例的沿气化通道方向的煤炭气化温度场图。
[0039]图8示出了根据本专利技术的一个实施例的U型地热井的井深轨迹图。
[0040]图9示出了根据本专利技术的一个实施例的冲洗引鞋与带遇水膨胀弹性体的插入管组合示意图。
[0041]附图标记说明：
[0042]1、U型地热井；11、注入端竖井段；12、水平井段；13、采出端竖井段；14、注入端；15、采出端；2、地热系统；3、U型煤气化通道。
具体实施方式
[0043]下面将更详细地描述本专利技术的优选实施方式。虽然以下描述了本专利技术的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。
[0044]本专利技术提供一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，包括：
[0045]U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；
[0046]地热系统，其入口通过热泵与U型地热井的采出端连接，其出口与U型地热井的注入端连接，实现热介质的循环；
[0047]U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热热本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于地下煤气化的循环地热供暖系统，其特征在于，包括：U型地热井，部署在地下煤气化区域上方砂岩层，内部有热介质循环流动；地热系统，其入口通过热泵与所述U型地热井的采出端连接，其出口与所述U型地热井的注入端连接，实现所述热介质的循环；U型煤气化通道，其水平段部署在地下煤气化区域，使煤气化区域与砂岩层产生热量，加热所述热介质；从所述U型地热井的注入端注入热介质，水平段与砂岩层通过套管方式实现中深层地热能的采集，从所述U型地热井采出所述热介质进入所述地热系统，为末端用户供暖。2.根据权利要求1所述的基于地下煤气化的循环地热供暖系统，其中，所述热介质为水或CO2。3.根据权利要求1所述的基于地下煤气化的循环地热供暖系统，其中，建立基于温度变化的渗流方程，计算温度变化区间，进而确定U型地热井的水平井段的位置。4.根据权利要求3所述的基于地下煤气化的循环地热供暖系统，其中，建立考虑温度变化的渗流方程，通过数值模拟计算所述U型煤气化通道范围内轴向和砂岩层径向温度的变化范围。5.根据权利要求3所述的基于地下煤气化的循环地热供暖系统，其中，温度场方程为：其中，为热传导项，为化学反应热源项，为...
【专利技术属性】
技术研发人员：贾英，史云清，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。